① 液化石油氣的氣態(tài)相對密度?指在同一溫度和同一壓力的條件下，同體積的液化石油氣氣體與空氣的質(zhì)量比。求液化石油氣氣體各組分相對密度的簡便方法，是用各組分的相對分子質(zhì)量與空氣平均相對分子質(zhì)量之比求得，因為從表4-5中可以看出在標準狀態(tài)下1mol氣體的液化石油氣氣態(tài)比空氣重1.5～2.5倍。由于液化石油氣比空氣重，因此，一旦液化石油氣從容器或管道中泄漏出來，它不像相對密度小的可燃氣體那樣容易揮發(fā)與擴散，而是像水一樣往低處流動，在低洼處積存，很容易達到爆炸濃度。因此，用戶在安全使用中必須充分注意，廚房不應過于狹窄，要經(jīng)常通風換氣，管溝應用于砂等填充實埋，防止聚積。
② 液化石油氣的液態(tài)相對密度?指在規(guī)定溫度下液體的密度與規(guī)定溫度下水的密度的比值。它一般以20℃或15℃時的密度與4℃或15℃時純水密度的比值來表示，見表4-5。
液化石油氣的液態(tài)相對密度，隨著溫度的上升而變小，見表4-6。
表4-5 液化石油氣的氣態(tài)相對密度
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名稱 | 分子式 | 相對分子質(zhì)量 | 空氣平均相對分子質(zhì)量 | 相對密度 |
丙烷 | C3H8 | 44 | 29 | 1.517 |
丁烷 | C4H10 | 58 | 29 | 2.000 |
丙烯 | C3H6 | 42 | 29 | 1.448 |
丁烯 | C4H8 | 56 | 29 | 1.931 |
戊烯 | C5H12 | 72 | 29 | 2.483 |
表4-6 液化石油氣的液態(tài)組分相對密度
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溫度/℃ | 丙烯 | 丙烷 | 正丁烷 | 異丁烷 | 1-丁烯 |
-20 | 0.573 | 0.544 | 0.621 | 0.603 | 0.641 |
-10 | 0.559 | 0.541 | 0.611 | 0.592 | 0.630 |
0 | 0.545 | 0.528 | 0.601 | 0.581 | 0.619 |
10 | 0.530 | O.514 | 0.590 | 0.569 | 0.607 |
20 | 0.513 | 0.500 | 0.578 | 0.557 | 0.595 |
從表4-6中可看出，在常溫下(20℃左右)，液化石油氣液態(tài)各組分的相對密度約為0.5～O.59之間，接近水的一半。當液化石油氣中含有水分時，水分就沉積在容器的底部，并隨著液化石油氣一起輸送到用戶，這樣，既增加了用戶的經(jīng)濟負擔，又會引起容器底部腐蝕，縮短容器的使用壽命。因此，液化石油氣中的水分要經(jīng)常從儲罐底部的排污閥放出或倒出。
2. 體積膨脹系數(shù)
絕大多數(shù)物質(zhì)都具有熱脹冷縮的性質(zhì)，液化石油氣也不例外，受熱會膨脹，溫度越高，膨脹越厲害。膨脹的程度是用體積膨脹系數(shù)來表示的。所謂體積膨脹系數(shù)，就是指溫度每升高1℃，液體增加的體積與原來的體積的比值。液體的體積隨溫度升高的膨脹量可用式(4-2)計算。
V2=V1[1+α(t2-t1)]??? (4-2)
式中V1、V2——液體在溫度t1、t2時的體積，m3；
α——液體溫度由t1～t2時的平均體積膨脹系數(shù)，1/℃，見表4-7。
表4-7 液化石油氣組分及水的體積膨脹系數(shù)
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溫度/℃ | 丙烷 | 丙烯 | 正丁烷 | 異丁烷 | 1-丁烯 | 水 |
0～10 | 0.00265 | 0.00283 | 0.00181 | 0.00233 | 0.00198 | 0.0000299 |
10～20 | 0.00258 | 0.00313 | 0.00237 | 0.00171 | 0.00206 | 0.00014 |
20～30 | 0.00352 | 0.00329 | 0.00173 | 0.00297 | 0.00214 | 0.00026 |
30～40 | 0.00340 | 0.00354 | 0.00227 | 0.00217 | 0.00227 | 0.00035 |
40～50 | 0.00422 | 0.00389 | 0.00222 | 0.00266 | 0.00244 | 0.00042 |
由表4-7可知，液化石油氣液體的體積膨脹系數(shù)比水大十幾倍，且隨溫度的升高而增大，因此，液化石油氣在充裝作業(yè)中必須限制充裝量。
3. 體積壓縮系數(shù)
對于滿液的容器，當溫度升高時，液體的體積會膨脹，但由于受到容器容積的限制，液體將會受到壓縮。體積壓縮系數(shù)是指壓力每升高1MPa時液體體積的減縮量。液化石油氣(65%丙烷+35%異丁烷)的體積膨脹系數(shù)、體積壓縮系數(shù)及其比值見表4-8。
表4-8 液化石油氣體積膨脹系數(shù)、體積壓縮系數(shù)及其比值
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溫度/℃ | 體積膨脹系數(shù)/℃-1 | 體積壓縮系數(shù)/MPa-1 | 比值/(MPa/℃) |
0 | 0.00215 | 0.00107 | 2.01 |
10 | 0.00228 | 0.00116 | 1.97 |
20 | 0.00246 | 0.00126 | 1.95 |
30 | 0.00266 | 0.00138 | 1.93 |
40 | 0.00292 | 0.00151 | 1.93 |
50 | 0.00326 | 0.00168 | 1.84 |
60 | 0.00313 | 0.00187 | 1.99 |
自然界中的物質(zhì)所呈現(xiàn)的聚集狀態(tài)，有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)3種，其中任何一種狀態(tài)只能在一定的條件下(溫度、壓力)存在。當條件發(fā)生變化時，物質(zhì)分子間的位置就要發(fā)生相應的變化，即表現(xiàn)為聚集狀態(tài)的改變。物質(zhì)的聚集狀態(tài)在熱力學上稱為相，如液態(tài)稱為液相，氣態(tài)稱為氣相。在密封容器中，氣相和液相達到動態(tài)平衡時的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下，液體和其蒸汽處于平衡共存狀態(tài)，也就是說液相蒸發(fā)成氣體的速度和氣相凝結(jié)成液體的速度相等，此時氣體中分子數(shù)不再增加，液體中分子數(shù)不再減少。
飽和狀態(tài)時的液體稱為飽和液體，飽和狀態(tài)時的蒸汽稱為飽和蒸汽，飽和蒸汽所顯示出來的壓力稱為飽和蒸氣壓。在不同溫度下液化石油氣各種組分的飽和蒸氣壓見表4-9。
溫度升高，蒸氣壓增大。另外液化石油氣的蒸氣壓和組分有關(guān)，隨著碳原子數(shù)的增加，蒸氣壓則減小。對于液化石油氣來說，常溫下，容器內(nèi)部液化石油氣的壓力總比外界大氣壓力大得多，所以，液化石油氣盛裝在密閉的、具有足夠強度的容器中。
5. 沸點和露點
(1) 沸點?在一定的壓力下，液體表面不斷蒸發(fā)變?yōu)闅怏w的過程稱為汽化。隨著液體溫度逐漸升高，汽化速度不斷加快。當溫度達到某一定值時，則不僅液體表面，而且內(nèi)部也同時進行劇烈的汽化。這種液體內(nèi)出現(xiàn)上下翻滾的汽化現(xiàn)象稱為沸騰。液體在101.3kPa下達到沸騰時的溫度稱為沸點。液體在沸騰過程中，由外界吸收的熱量全部用于汽化，因而溫度停留在沸點不再升高，直至液體全部變成氣體為止。液化石油氣各組分在101.3kPa時的沸點見表4-10。
表4-9 不同溫度下液化石油氣各種組分的飽和蒸氣壓 ???單位：MPa
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溫度/℃ | 丙烷 | 丙烯 | 正丁烷 | 異丁烷 | 1-丁烯 | 順式-2-丁烯 | 反式-2-丁烯 | 異丁烯 |
-20 | 0.232 | 0.302 | 0.045 | 0.069 | 0.056 | ? | ? | 0.062 |
-15 | 0.253 | 0.355 | 0.055 | 0.086 | 0.609 | 0.045 | 0.051 | 0.072 |
-10 | 0.332 | 0.415 | 0.067 | 0.105 | 0.084 | 0.056 | 0.064 | 0.087 |
-5 | 0.391 | 0.486 | 0.082 | 0.126 | 0.103 | 0.070 | 0.077 | 0.106 |
0 | 0.457 | 0.564 | 0.100 | 0.150 | 0.125 | 0.085 | 0.095 | 0.128 |
5 | 0.533 | 0.562 | 0.121 | 0.179 | 0.149 | 0.103 | 0.115 | 0.152 |
10 | 0.617 | 0.750 | 0.143 | 0.211 | 0.179 | 0.124 | 0.137 | 0.181 |
15 | 0.711 | 0.857 | 0.171 | 0.247 | 0.211 | 0.148 | 0.163 | 0.213 |
20 | 0.817 | 0.973 | 0.201 | 0.288 | 0.247 | 0.176 | 0.193 | 0.256 |
25 | 0.933 | 1.11 | 0.235 | 0.335 | 0.289 | 0.207 | 0.227 | 0.291 |
30 | 1.06 | 1.26 | 0.275 | 0.387 | 0.336 | 0.242 | 0.265 | 0.338 |
35 | 1.20 | 1.42 | 0.318 | 0.433 | 0.388 | 0.282 | 0.307 | 0.391 |
40 | 1.36 | 1.59 | 0.367 | 0.503 | 0.447 | 0.327 | 0.335 | O.449 |
45 | 1.52 | 1.78 | 0.421 | 0.579 | 0.512 | 0.376 | 0.408 | 0.514 |
50 | 1.71 | 1.99 | 0.481 | 0.656 | 0.583 | 0.431 | 0.466 | 0.587 |
表4-10 液化石油氣各組分在101.3kPa時的沸點
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組分 | 丙烷 | 丙烯 | 正丁烷 | 異丁烷 | 1-丁烯 | 順式-2-丁烯 | 反式-2-丁烯 | 異丁烯 | 正戊烷 |
沸點/℃ | -42.1 | -47.0 | -0.5 | -11.7 | -6.26 | 3.75 | 0.88 | -6.9 | 36.2 |
由表4-10可知，碳氫化合物的沸點有以下特點
??? ① 分子中碳原子數(shù)越多，沸點越高。如：丙烷的沸點為-42.1℃，正丁烷的沸點則為-0.5℃。
?? ?② 當碳原子數(shù)相同時，多數(shù)烷烴的沸點比烯烴的沸點高。如：丙烷的沸點為-42.1℃則丙烯的沸點為-47.0℃。
??? ③ 正構(gòu)物的沸點比異構(gòu)物的沸點高。如：正丁烷的沸點為-0.5℃。則異丁烷的沸點為-11.7℃。
??? ④ 沸點越低的烴越難以液化。如果要液化它需要低的溫度或者更高的壓力。
??? ⑤ 沸點越低的烴越容易汽化。如：丙烷的沸點為-42.1℃，在常溫下呈氣態(tài)，即使在嚴寒的冬季也很容易汽化。正戊烷的沸點為36.2℃。即使在酷熱的夏天也很難汽化。
⑥ 壓力增大，沸點也升高。如：丙烷在常壓下沸點為-42.1℃，而當壓力增至0.82MPa時，沸點相應提高到20℃。
(2) 露點?指氣態(tài)液化石油氣加壓或冷卻時，使之液化的溫度。液化石油氣各組分的露點實際上是各組分液體在飽和蒸汽壓力下所對應的飽和溫度(見表4-9)，也是各組分液體在飽和蒸汽壓力下的沸點(見表4-10)。露點是相對蒸汽而言，沸點是相對液體而言的，兩者在數(shù)值上相等。
6. 汽化潛熱
汽化潛熱就是在一定溫度下，一定數(shù)量的液體變?yōu)橥瑴囟鹊臍怏w所吸收的熱量。液態(tài)變成氣態(tài)時，需要吸收熱量，氣態(tài)變成液態(tài)時將放出熱量，這些熱量只用來改變物質(zhì)的狀態(tài)(發(fā)生相變)，而溫度不發(fā)生變化，故稱之為潛熱。
不同的液體有不同的汽化潛熱，即使是同一液體，其汽化潛熱也隨沸點不同而發(fā)生變化。當液體的沸點上升時汽化潛熱相應減少，在臨界溫度時汽化潛熱為零。由于液化石油氣的汽化潛熱比較大，因此在生產(chǎn)、儲存、灌裝、使用中要嚴禁使液態(tài)的石油氣直接接觸人體，以免皮膚被吸收大量的熱量，而造成嚴重凍傷。
液化石油氣各組分的物理化學性質(zhì)見表4-11。
表4-11 液化石油氣各組分的物理化學性質(zhì)
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項目 | 甲烷 | 乙烷 | 丙烷 | 正丁烷 | 異丁烷 |
分子式
相對分子質(zhì)量 | CH4
16.04 | C2H6
30.07 | C3H8
44.004 | n-C4H10
58.12 | i-C4H10
58.12 |
蒸氣壓/MPa | 0℃
20℃ | —
— | 2.43
3.75 | 0.476
0.8104 | 0.104
0.203 | 0.107
0.299 |
氣體密度/(kg/m3) | 0℃
15.5℃ | 0.7168
0.677 | 1.3562
1.269 | 2.020
1.860 | 2.5985
2.452 | 2.6726
2.452 |
沸點(O.1013MPa)/℃ | -161.5 | -88.63 | -42.07 | -O.5 | -11.73 |
汽化潛熱(沸點及0.1013MPa下)/(kJ/kg) | 569.4 | 489.9 | 427.1 | 386.0 | 367.6 |
臨界壓力/MPa
臨界密度/(kg/L)
臨界溫度 | 4.64
0.162
-82.5 | 4.88
0.203
32.3 | 4.25
0.236
96.8 | 3.80
0.227
152.O | 3.66
0.233
134.9 |
低熱值(0.1013MPa，15.6℃)/(kJ/kg) | 液態(tài)
氣態(tài) | —
34207 | —
60753 | 46099
88388 | 45458
115561 | 45375
115268 |
氣態(tài)比熱容(0.1013MPa，15.6℃)/[kJ/(kg·K)] | 定壓比熱容
定容比熱容 | 2.21
1.68 | 1.72
1.44 | 1.63
1.44 | 1.66
1.52 | 1.62
1.47 |
爆炸極限(體積分數(shù))/% | 下限
上限 | 5.3
14.0 | 3.2
12.5 | 2.37
9.50 | 1.86
8.41 | 1.80
8.44 |
五、液化石油氣的燃燒特性
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液化石油氣作為燃料，主要是通過燃燒以利用其熱量，因此液化石油氣燃燒的狀況直接影響到能源利用率和應用安全。
1. 燃燒的條件
燃燒是一種同時伴有發(fā)光、發(fā)熱的激烈的氧化反應。發(fā)光、發(fā)熱是物質(zhì)燃燒的外觀特征，發(fā)生劇烈氧化反應則是物質(zhì)燃燒的本質(zhì)。
可燃物、助燃物和點火源是構(gòu)成燃燒的三個要素，缺少其中任何一個要素，燃燒便不能發(fā)生。對于進行中的燃燒過程，若消除可燃物或助燃物中任何一個條件，燃燒便會終止。
大多數(shù)可燃物質(zhì)的燃燒是在其揮發(fā)出蒸氣氣體狀態(tài)下進行的，由于可燃物的狀態(tài)不同，其燃燒特點也不同。
可燃氣體只要達到其本身氧化條件所需的熱量便能迅速燃燒，在極短的時間內(nèi)全部燒光。這是因為氣體擴散能力強，分子之間極易燃燒，甚至能形成爆炸。
可燃液體的燃燒不是液體本身的燃燒，而是液體蒸發(fā)汽化與氧化劑在火源作用下的燃燒，而燃燒又加速了液體汽化，使燃燒得以擴展。由于液體燃燒在火源、升溫、汽化等過程的準備階段需消耗時間和熱量，因此，液體燃燒要比同種氣體物質(zhì)完全燃燒過程所需的熱量多、時間長。由于液化石油氣中碳三、碳四組分的沸點都很低，雖然泄露出來為液體，但其汽化卻十分迅速，燃燒和爆炸的危險性同樣很大。
如果可燃物是簡單固體物質(zhì)，如硫、磷等，受熱時首先熔化，然后蒸發(fā)燃燒，沒有分解過程。若是復雜物質(zhì)，燃燒后氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)產(chǎn)物的蒸氣著火燃燒。因此，固體燃燒相對于液體、氣體較為困難，燃燒速度較為緩慢。
化工和危化品事故分析報告
危險化學品目錄（2015版）
